DE3521372C2

DE3521372C2 -

Info

Publication number: DE3521372C2
Application number: DE19853521372
Authority: DE
Inventors: Willibald 8012 Ottobrunn De Adam
Original assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Current assignee: Webasto Werk W Baier GmbH and Co
Priority date: 1985-06-14
Filing date: 1985-06-14
Publication date: 1990-08-02
Also published as: DE3521372A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizung für Kraftfahr zeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE-OS 31 25 709 ist eine Heizvorrichtung für den Fahr gastraum eines Kraftfahrzeugs bekanntgeworden, bei der im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eine Umwälz pumpe und ein motorunabhängiges Heizgerät einem Wärmetauscher vorgeschaltet sind, der die Wärme für die Aufwärmung des Fahr gastraums liefert und dem Fahrzeuginnenraum ein Heizgebläse zugeordnet ist. Um einen schnellen Anstieg der Kühlmitteltemperatur zur raschen Erhöhung der Temperatur im Fahrgastraum zu erzielen, ist wenigstens eine den Motorkühlkreislauf umgehende Bypasslei tung vorgesehen, um eine Aufwärmung des gesamten Kühlmittels im Kühlkreislauf, insbesondere im Motorblock der Brennkraft maschine zu vermeiden. Zum Öffnen und Schließen dieser Bypass leitung sind Thermostatventile vorgesehen, die verhindern, daß das kalte Kühlmittel im Motorblock in den Heizkreislauf und insbesondere zum Wärmetauscher desselben gelangt. Zur Tempera tursteuerung des Thermostatventils ist ein Temperatursensor vorgesehen. Somit ist bei dieser Heizvorrichtung wenigstens eine zusätzliche Bypassleitung sowie Thermostatventile zum Öffnen und Schließen derselben erforderlich, so daß eine sol che Heizvorrichtung einen komplizierten Aufbau hat und hier durch bedingt auch störungsanfällig ist.

Hierbei handelt es sich um einen Inline-Einbau eines motor unabhängigen Heizgeräts, bei dem das motorunabhängige Heiz gerät in den Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine, der auch die Fahrzeugheizungsanlage mit dem Fahrzeug-Wärmetau scher enthält, derart integriert ist, daß es vom Kühlmittel durchströmt wird.

Es hat sich gezeigt, daß es bei Inline-Einbau relativ lange dauert, bis dem Fahrzeuginnenraum Wärme zugeführt werden kann. Ganz generell kann man sagen, daß bei größerem Hub raum der Brennkraftmaschine auch die Zeit vom Einschalten der Heizung bis zur Wärmeabgabe in den Fahrzeuginnenraum länger wird, da üblicherweise das Fahrzeugheizungsgebläse erst dann automatisch eingeschaltet wird, wenn eine Kühlmit teltemperatur von z. B. 50°C erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizung für Kraftfahr zeuge und insbesondere zur Beheizung des Fahrgastraums zu schaffen, die eine möglichst schnelle Wärmezufuhr zum Fahr zeuginnenraum ermöglicht und deren Einbauaufwand wesentlich reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierzu weist nach der Erfindung die Heizung für Kraftfahrzeu ge einen Temperaturfühler im Kühlmittelkreislauf und eine mit diesem verbundene Steuereinrichtung auf, die die Dreh zahl der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der durch den Tem peraturfühler ermittelten Kühlmitteltemperatur herabsetzt, wenn diese Kühlmitteltemperatur niedriger als ein vorbe stimmter Wert ist. Bei der erfindungsgemäßen Heizung können somit Kühlmittelleitungen, wie den Motorkühlkreislauf umge hende Bypassleitungen sowie darin vorgesehene Ventile vermie den werden. Durch die Herabsetzung der Drehzahl der Umwälz pumpe im Heizkreislauf der Heizung wird das Kühlmittel mit dem motorunabhängigen, brennstoffbetriebenen Heizgerät schnell auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, bei der das Fahrzeugheizungsgebläse zugeschaltet wird, so daß in den Fahr gastraum möglichst bald nach dem Einschalten der Heizung Warm luft eingeleitet werden kann. Insbesondere in kalten Jahres zeiten ermöglicht somit das brennstoffbetriebene Heizgerät, daß der Fahrgastraum schnell nach Einschalten des Heizgeräts beheizt werden kann. Hierdurch erhält man eine komfortable Be heizung des Fahrgastraums.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart ausgelegt, daß mit steigender Kühlmitteltemperatur die Drehzahl der Umwälz pumpe erhöht wird, und zwar entweder stufenlos oder stufen weise. Bei der stufenweisen Erhöhung der Drehzahl erfolgt zweckmäßigerweise eine Kopplung mit den Betriebszuständen des Heizgeräts, die durch eine dem Heizgerät zugeordnete Steuerung geregelt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform nach der Erfin dung ergibt sich dann, wenn die Steuereinrichtung beispiels weise einen Vorwiderstand der Umwälzpumpe ansteuert, der die Drehzahl der Umwälzpumpe herabsetzt. Wenn mit Hilfe des Tem peraturfühlers dann das Erreichen einer vorbestimmten Kühl mitteltemperatur von z. B. 50°C festgestellt wird, so wird der Vorwiderstand durch Ausschalten unwirksam und die Drehzahl der Umwälzpumpe steigt wieder auf die übliche Betriebsdrehzahl an.

Wenn das motorunabhängige, brennstoffbetriebene Heizgerät eine Steuerung für mehrere Lastbereiche und zum geregelten Einschalten eines Fahrzeuggebläses für die Lieferung der Wärme an den Fahrgastraum aufweist, so ist die Auslegung der Heizung zweckmäßig derart getroffen, daß der Vorwiderstand der Umwälz pumpe beim Einschalten des Heizungsgebläses unwirksam wird. Bei dieser kombinierten Auslegungsform unter Verwendung eines mit einer Steuerung ausgestatteten Heizgeräts benötigt man da her zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens lediglich noch einen Vorwiderstand für die Umwälzpumpe, während die Aktivie rung und Desaktivierung des Vorwiderstandes direkt von der Steuereinrichtung des motorunabhängigen Heizgeräts bewirkt wird.

Eine weitere wesentliche Vereinfachung insbesondere hinsicht lich der Montage erhält man dann, wenn in Weiterbildung der Erfindung die Umwälzpumpe im motorunabhängigen Heizgerät selbst integriert ist und für die Temperaturermittlung gege benenfalls ein ohnedies im Heizgerät vorhandener Temperatur fühler genutzt wird. Bei dieser Auslegungsform braucht also lediglich ein Heizgerät, wie ein Wasserheizgerät, als motor unabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät im Kühlmittel kreislauf, vorzugsweise dem Fahrzeugwärmetauscher vorgeschal tet, eingebaut zu werden. Man benötigt somit weder zusätzli che Bypassleitungen noch Ventile oder gar zusätzliche Aggre gate, wie Pumpen o. dgl., die gesondert im Kühlmittelkreislauf in bisher üblicher Weise angeordnet waren.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kraftfahr zeugheizung zur Beheizung des Fahrgastinnen raums in Form eines Block schaltbildes,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungs variante der Heizung, bei der die Umwälz pumpe und der Temperaturfühler im motor unabhängigen Heizgerät integriert sind,

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der tempera turabhängigen Drehzahlregelung der Umwälz pumpe,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer wei teren Ausführungsvariante der temperaturab hängigen Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe,

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer tempera turabhängigen Regelung der Drehzahl der Umwälz pumpe mit einer schrittweisen Regelung und

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Ausführungs variante einer Heizung, bei der zur Drehzahlregelung der Umwälzpumpe ein Vorwiderstand verwendet wird, der in Abhängig keit von der Steuereinrichtung des brennstoff betriebenen Heizgeräts aktiviert oder desakti viert werden kann.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines Kühlmittelkreislaufs mit einer Heizung für Kraftfahrzeuge gezeigt. Das Kühlmittel zur Kühlung eines Motorblocks 4 tritt über einen Kühlmittelauslaß 2 aus und geht über ein Thermostatventil 5 zum Kühler 1. Der Auslaß des Kühlers wird mit einem Kühlmitteleinlaß 3 am Mo torblock 4 verbunden, wobei diesem Bereich auch eine motor betriebene Umwälzpumpe 7 zugeordnet ist. Wenn die Kühlmittel temperatur niedriger als sein vorbestimmter Wert ist, ist das Thermostatventil 5 geschlossen, um eine Wärmeabfuhr über den Kühler 1 zu verhindern. Das Kühlmittel strömt dann vom Kühlmittelauslaß 2 über eine den Kühler 1 umgehende Bypass leitung 6 zum Kühlmitteleinlaß 3 zurück. Sobald der vorbe stimmte Temperaturwert für das Kühlmittel überschritten wird, öffnet das Thermostatventil 5 und das Kühlmittel strömt dann über den Kühler 1 zum Kühlmitteleinlaß 3 zurück.

Über einen weiteren Kühlmittelauslaß 8 wird Kühlmittel vom Motorblock 4 mit Hilfe der motorbetriebenen Umwälzpumpe 7 in den insgesamt mit 9 bezeichneten Heizkreislauf geför dert. Dieser Heizkreislauf 9 enthält eine Umwälzpumpe 10, ein motorunabhängiges, brennstoffbetriebenes Heizgerät 11 und einen Wärmetauscher 14, einen sogenannten Fahrzeugwärme tauscher, dem ein Fahrzeugheizungsgebläse 15 zugeordnet ist, bei dessen Einschaltung mit Hilfe des Wärmetauschers 14 Wär me an einen Fahrzeuginnenraum 16 abgegeben wird, der in Fig. 1 schematisch durch den rechts liegenden Teil der strichpunktier ten Linie angedeutet ist. Das Heizgerät 11 hat einen Einlaß 12 und einen Auslaß 13. Die Austrittsseite des Wärmetauschers 14 ist mit dem Bereich des Kühlmitteleinlasses 3 zur Schlie ßung des Kühlmittelkreislaufes verbunden.

Mit 17 ist in Fig. 1 ein Temperaturfühler gezeigt, der im Heizkreislauf 9 an irgendeiner geeigneten Stelle, wie z. B. vor dem Einlaß des Wärmetauschers 14 oder zwischen dem Heiz gerät 11 und dem Wärmetauscher 14 angeordnet ist. Der Ausgang des Temperaturfühlers 17 ist mit einer Steuereinrichtung 18 verbunden, deren Ausgang mit der Umwälzpumpe 10 verbunden ist.

Die Steuereinrichtung 18 ist derart beschaffen, daß sie bei Unterschreiten einer Kühlmitteltemperatur von beispielsweise etwa 50°C die Drehzahl der Umwälzpumpe herabsetzt. Ferner kann die Steuereinrichtung 18 die Drehzahl stufenweise oder stufen los bis zur üblichen Nenndrehzahl der Umwälzpumpe 10 erhöhen. Wenn eine vorbestimmte Temperatur des Kühlmittels von beispiels weise 50°C erreicht wird, kann dann die Umwälzpumpe 10 mit üblicher Nenndrehzahl konstant weiterarbeiten.

Durch die nach der Erfindung vorgesehene Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 10 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur wird erreicht, daß bei verminderter Drehzahl der Umwälzpumpe 10 das Kühlmittel langsamer durch das Heizgerät 11 strömt, so daß es dort im Vergleich mit der üblichen Nenndrehzahl schnel ler erwärmt wird. Somit kann der Wärmetauscher 14 in Verbin dung mit dem Fahrzeugheizungsgebläse 15 wesentlich früher als bisher üblich Wärme an den Fahrzeuginnenraum 16 abgeben. Hier durch wird der Heizungskomfort einer solchen Heizungsanlage verbessert, da nach dem Start äußerst schnell der Fahrzeugin nenraum 16 aufgeheizt werden kann.

Nähere Einzelheiten der nach der Erfindung vorgesehenen tem peraturabhängigen Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe 10 werden nachstehend anhand den Fig. 3 bis 5 näher erläutert.

Bei der in Fig. 2 schematisch angedeuteten Ausführungsvarian te einer Heizung, bei der nur der Heizkreislauf 9 in Verbin dung mit dem Motorblock 4 gezeigt ist, ist in Abweichung zu Fig. 1 ein Heizgerät 11′ im Inline-Einbau vorgesehen, das schon herstellerseitig eine Umwälzpumpe 10′ und einen Tempera turfühler 17′ enthält. Der Temperaturfühler 17′ ist im Bereich des Auslasses 13 des Heizgeräts 11′ angeordnet. Über die Steuereinrichtung 18, die in Verbindung mit dem Temperatur fühler 17′ steht, wird dann die Drehzahl der im Heizgerät 11′ eingebauten Umwälzpumpe 10′ ähnlich wie bei der vorangehenden Ausführungsform geregelt.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante in Weiterbil dung der Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt, bei der ein Heizgerät 11′′ im Inline-Einbau vorgesehen ist, das zu sätzlich zu der Umwälzpumpe 10′ und dem Temperaturfühler 17′ auch eine Steuerung 19 hat, die den Betrieb des Heizgeräts 11′′ steuert und regelt.

Mit dieser Steuerung 19 ist dann bereits üblicherweise der im Heizgerät 11′′ integrierte Temperaturfühler 17′ verbunden. Ein Ausgang dieser Steuerung 19, die auch die Funktion der Steuereinrichtung 18 bei den vorangehenden Ausführungsformen übernimmt, ist beispielsweise über einen Vorwiderstand 20 mit der Umwälzpumpe 10′ oder der Umwälzpumpe 10 in Fig. 1 verbunden. Wenn der Temperaturfühler 17′ beispielsweise eine Temperatur von kleiner 50°C mißt, bei der das Fahrzeugheizungs gebläse 15 eingeschaltet wird, das dem Wärmetauscher 14 zugeordnet ist, so ist der Vorwiderstand 20 wirksam und die Drehzahl der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ wird in entsprechender Weise herabgesetzt. Sobald beispielsweise die Einschalttempera tur für das Fahrzeugheizungsgebläse 15 überschritten wird, wird der Vorwiderstand 20 umgangen und ist daher unwirksam, so daß die Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ nunmehr mit ihrer üblichen Betriebsdrehzahl betrieben wird. Eine solche Auslegung bringt den Vorteil mit sich, daß man bei einem motorunabhängigen Heizgerät 11′′, das eine ohnedies vorhandene Steuerung 19 be sitzt, diese Steuerung 19 gleichzeitig als Steuereinrichtung 18 für die Drehzahlregelung der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ nutzen kann, so daß man lediglich noch zusätzlich eine Schaltverbin dung über einen Vorwiderstand 20 zwischen der Steuerung 19 und der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ benötigt.

Anhand den Fig. 3 bis 5 wird ein Beispiel die Funktions weise der temperaturabhängigen Drehzahlregelung der Umwälz pumpe 10 bzw. 10′ näher erläutert.

Bei dem Diagramm nach Fig. 3 ist die Drehzahl n _up der Umwälz pumpe 10 bzw. 10′ über der Temperatur T des Kühlmittels, ge messen in °C, aufgetragen. Bei einer Temperatur des Kühlmit tels von beispielsweise -40°C hat die Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ beispielsweise eine Drehzahl von 100 Upm. Bei dem Beispiel aus Fig. 3 erhöht sich diese Drehzahl, wie in durchgezogener Linie dargestellt ist, beispielsweise linear, wenn die Kühlmitteltemperatur T allmählich ansteigt. Bei einer Tem peratur von etwa 50°C, bei der das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschaltet wird, ist dann die übliche Nenndrehzahl der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ erreicht und sie arbeitet mit dieser Nenndrehzahl konstant weiter. In unterbrochenen Linien sind in Fig. 3 weitere lineare Anstiegslinien für die Drehzahl der Umwälzpumpe 10, 10′ beispielsweise eingetragen, die im Vergleich zu der durchgezogenen Linie andere Steigungen haben. Die Steigung läßt sich bei der erfindungsgemäßen Regelung auf die jeweiligen Gegebenheiten und insbesondere auch auf den Fahrzeugtyp abstellen.

In Fig. 4 ist in Abweichung von Fig. 3 eine nichtlineare Ab hängigkeit der Drehzahländerungen der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ für den Bereich zwischen etwa -40°C und +50°C der Kühlmittel temperatur T gezeigt. Bei dem Beispiel nach Fig. 5 wird davon ausgegangen, daß eine Steuerung 19 ähnlich Fig. 6 vorgesehen ist, die dort mit 19 bezeichnet ist und die verschiedene Schalt schwellen vorsieht. Als eine Schaltschwelle ist beispiels weise jene von etwa 30°C bezeichnet, bei der das Fahrzeug heizungsgebläse 15 eingeschaltet wird. Eine weitere Schalt schwelle ist maßgebend für die Umschaltung der vom Heizgerät 11 bzw. 11′ oder 11′′ gelieferten Heizleistung, und zwar vom Teillastbetrieb auf den Vollastbetrieb und umgekehrt. Ferner ist eine weitere Schaltschwelle vorgegeben, die maßgebend für eine Regelpause bei der Heizleistungsregelung ist.

Unter den vorstehend genannten Voraussetzungen wird die Dreh zahl der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ stufenweise geregelt, und zwar so, daß beispielsweise in dem Temperaturbereich von -40 bis etwa +30°C des Kühlmittels eine Drehzahl von etwa 100 Upm konstant eingestellt bleibt. Bei dieser Schaltschwelle, bei der beispielsweise das Fahrzeugheizungsgebläse 15 eingeschal tet wird, wird dann die Drehzahl der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ auf eine nächst höhere Stufe erhöht. Im Teillastbereich der Heizleistungsregelung bzw. bei der Schaltschwelle für diesen Teillastbetrieb wird die Drehzahl wiederum um eine weitere Stufe angehoben. Eine Erhöhung auf die Nenndrehzahl der Um wälzpumpe 10 bzw. 10′ in einer weiteren Stufe erfolgt dann schließlich mit der Schaltschwelle für die Regelpause.

Obgleich nicht in der Zeichnung dargestellt ist, läßt sich eine stufenlose mit einer stufenweisen Drehzahl regelung der Umwälzpumpe 10 bzw. 10′ kombinieren und/oder ein linearer Drehzahlanstieg mit einem nicht linearen kombi nieren.

Bei einer Verknüpfung der Fig. 1, 2 und 6 läßt sich die Umwälzpumpe und/oder der Temperaturfühler 17′ gesondert vom Heizgerät 11′ oder 1′′ im Heizkreislauf 9 anordnen.

Bezugszeichen

1 Kühler
2 Kühlmittelauslaß
3 Kühlmitteleinlaß
4 Motorblock
5 Thermostatventil
6 Bypassleitung
7 motorbetriebene Umwälzpumpe
8 weiterer Kühlmittelauslaß am Motorblock 4
9 Heizkreislauf insgesamt
10 Umwälzpumpe in Fig. 1
10′ Umwälzpumpe in Fig. 2 und Fig. 6
11 motorunabhängiges Heizgerät in Fig. 1
11′ motorunabhängiges Heizgerät in Fig. 2
11′′ motorunabhängiges Heizgerät in Fig. 6
12 Einlaß
13 Auslaß
14 Wärmetauscher bzw. Fahrzeugwärmetauscher
15 Fahrzeugheizungsgebläse
16 Fahrzeuginnenraum
17 Temperaturfühler in Fig. 1
17′ Temperaturfühler in Fig. 2 und Fig. 6
18 Steuereinrichtung
19 Steuerung in Fig. 6
20 Vorwiderstand

Claims

1. Heizung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für den Fahrgastraum derselben, mit einem Wärmetauscher, dem ein Fahrzeugheizungsgebläse zugeordnet ist, einem motorunabhän gigen, brennstoffbetriebenen Heizgerät und einer Umwälz pumpe im Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler (17, 17′) im Kühlmittelkreislauf und eine Steuereinrich tung (18; 19), die in Abhängigkeit von der mittels des Tem peraturfühlers (17, 17′) ermittelten Kühlmitteltemperatur (T) die Drehzahl (n _Up) der Umwälzpumpe (10, 10′) derart regelt, daß bei niedriger Kühlmitteltemperatur die Dreh zahl vermindert ist.

2. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (18, 19) die Drehzahl der Umwälzpumpe (10, 10′) mit steigender Kühlmit teltemperatur (T) erhöht.

3. Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) die Dreh zahl der Umwälzpumpe (10, 10′) stufenlos erhöht.

4. Heizung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (18, 19) die Drehzahl der Umwälzpumpe (10, 10′) stufenweise erhöht.

5. Heizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) mit einem die Drehzahl der Umwälzpumpe (10′) herabsetzenden Vorwider stand (20) verbunden ist, der bei Erreichen einer vorbestimm ten Kühlmitteltemperatur (T) unwirksam ist.

6. Heizung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorwiderstand (20) mit Einschalten des Heizungsgebläses (15) unwirksam wird.

7. Heizung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (10′) die Pumpe des motorunabhängigen, brennstoffbetriebenen Heizgeräts (11′, 11′′) ist.

8. Heizung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur fühler (17′) am Auslaß (13) oder am Einlaß (12) des motorunabhängigen, brennstoffbetriebenen Heizge räts (11, 11′, 11′′) angeordnet ist.

9. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (17′) der Temperaturfühler des Heizgeräts (11′, 11′′) selbst ist.